宇宙里的神秘力量:暗物质与暗能量

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如果仅仅依靠人类已知的物质,世界根本不应该是现在这个样子,一定有别的神秘力量在起作用。

宇宙里的神秘力量:暗物质与暗能量

银河系

我们原来认识的宇宙形态,是星球之间通过万有引力相互吸引,围绕着对方旋转。但后来,科学家通过计算星球之间的引力,发现星球自身的这点引力,是远远不能维持一个个完整的星系。在过去,我们一般认为宇宙,就是由恒星、行星,星系组成的。但是科学家们经过研究发现,这些物质只占宇宙总物质的0.4%。即便是算上黑洞,以及星际之间气体,也只不过占宇宙总质量的4%左右。那剩下的宇宙成分中,神秘物质约占23%,而神秘能量约占73%,这些神秘物质本身不发光,也不和光产生作用,不参与电磁力,所以到目前为止,我们都没有发现这种物质,它只存在于理论框架中,因此科学家称之为“暗物质和暗能量”。


宇宙里的神秘力量:暗物质与暗能量

最早发现证据,并推断出暗物质存在的是,荷兰科學家,扬·奥尔特,他在1932年,根据银河系恒星的运动,提出银河系里面,应该还存在更多的质量。 1933年,瑞士天文学家弗里茨·茲威基,研究后发座星系团时,使用维里定理推断出,星团内部有看不见的物质。 但当是没有把它叫做暗物质,而是被称为丟失了的质量。在这之后,还有很多的天文学家,在观测时,都发现在宇宙中存在不明物质。

宇宙里的神秘力量:暗物质与暗能量

2006年,美国天文学家利用钱德拉X射线望远镜对星系团1E 0657-558进行观测,无意间观测到到星系碰撞的过程,星系团碰撞威力非常的大,将暗物质与正常物质分开,因此发现了暗物质存在的直接证据。

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星团1E 0657-558

科学家通过计算,要保持现在宇宙的运行秩序,“暗物质”的品质必须5倍于我们现在看到的物质。但现在还没有真正的监测到暗物质,只是发现光线在经过某个区域时发生转弯,但是该区域没有我们能看到的物质,也没有黑洞。科学家通过观测发现,我们的宇宙正在加速膨胀。如果匀速膨胀,还可以理解。但加速膨胀,就需要有新的能量的加入。但科学家并不清楚它是什么,所以把它叫做“暗能量”。

科学家通过计算,通过质能方程式计算,要维持当前宇宙的这种膨胀速度,“暗能量”必须是现有物质和暗物质总和的一倍多。


要想理解暗物质,先要了解“量子纠缠”。

什么是“量子纠缠”?科学实验发现,两个没有任何关系的量子,会在不同位置出现完全相关的相同表现。比如相隔几光年远的两个量子之间,,一个出现变化,另一个几乎也同时出现相同的变化,而且这不是巧合。

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量子

“量子纠缠”是经过实验证明过的。科学家已经实现了6-8个量子的纠缠态。中国科学家已实现了13公里级的量子纠缠态的拆分和发送。我们现在所有的物理学理论,都以光速不可超越为基础。但根据测定,量子纠缠的传导速度,至少4倍于光速。为什么会出现这种情况,科学家们也无法理解,于是把这种现象总结为,量子的一种纠缠态。由于暗物质既不释放任何光线,也不反射任何光线,因此,用目前人类已知的仪器,也无法直接探测到它。

地下暗物质实验室

根据科学家们的理论,暗物质通常也不会与大多数常规物质结合。但暗物质能够直接穿越人体,房屋,甚至是轻松就能穿过地球,于是科学家开始在地下建设实现室,寻找暗物质粒子存在的证据。为什么要把实验室建在地下。

因为在足够深的地下,除了暗物质。其他物质是无法到达的,探测器的原理,是由锗元素或硅元素组成的小块。如果锗或硅原子的原子核被暗物质粒子击中,它就会反弹并向探测器发送一个信号。2009年12月,美国“低温暗物质搜寻计划”项目组,发表声明称,他们在明尼苏达州地下一个矿井中,捕获到暗物质粒子。如果这一发现最终得到证实,它将成为近百年来物理学领域,最重要的发现之一。

宇宙里的神秘力量:暗物质与暗能量

中国锦屏暗物质实验室

中国四川省锦屏暗物质实验室,位于地下2500米,是目前世界上最深的暗物质试验室。该实验室最核心的装置,就是高纯锗探测器。

  传统高纯锗探测器被广泛应于在基础研究、核监测、和放射性管理等领域。但要探测暗物质,对锗的纯度要求更高。它的纯度有多高呢,我们都知道千足金,它的纯度是纯度为99,9%,但是实验室需要的锗,纯度要达千足金纯度的4倍。

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高纯锗

地球上另一种探寻暗物质的实验,就是粒子加速器,它的全名叫荷电粒子加速器,它可以将亚原子粒子加速到接近光速,然后让它们相互碰撞。科学家们的目的是希望,通过接近光速的高速碰撞,从而产生奇异粒子,其中就包括暗物质粒子。


2015年12月17日中国发射暗物质粒子探测卫星,名叫悟空号,,用于探测暗物质,它由中科院研制。是目前世界上观测能段最宽、能量分辨率最高的空间探测器。它能接收到,来自宇宙的高能原子核、电子和伽马射线的信号,观测能段是阿尔法磁谱仪的10倍,能量分辨率比国际同类探测器高3倍以上。

宇宙里的神秘力量:暗物质与暗能量

悟空号

因此,中国已经建成地下,地上和空中,三位一体的暗物质监测实验室。在暗物质方面的研究,在世界范围内已经保持领先地位,进入21世纪以来,全世界的科学家们都达成一个共识,就是研究暗物质,是21世纪的重中之重,谁掌握了暗物质,谁就将引领科学的发展,在这里也希望我的祖国,在暗物质方面的研究取得巨大成果,就像探测卫星的名字,悟空一样,用火眼金睛发现暗物质,用超强的本领取得真经,让我们拭目以待

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好了,今天就聊到这里,我是崔哥,我们下期再见。

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页面更新:2024-03-07

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